果实成熟的基因调控

果实的成熟过程是由一系列生理生化变化过程组成,这些变化过程受到外界环境条件、植物激素和基因的调控。随着近年来有关果实成熟衰老的基因的分离、定性及反义基因技术在控制果实成熟上的成功应用,对揭示果实成熟衰老的分子机理起到了重要作用。本文就近年来果实成熟基因调控研究进展作一简要评述 。     

果实成熟和衰老的分子调控机制

成熟和衰老是果实生命周期中的两个重要阶段, 直接影响果实的品质保持及采后寿命。果实的成熟、衰老是一个复杂的生理过程, 受诸多内源因子的调控和外源因素的影响。该文重点综述近年来果实成熟、衰老分子机制方面的研究进展, 以及外源信号分子对果实成熟和衰老的调控作用。     

果实成熟衰老过程中蛋白质组学研究进展

蛋白质组学已开始应用于果实成熟衰老研究,以明确蛋白差异表达与成熟衰老的关系和深入揭示果实成熟衰老过程的分子机制。本文综述了蛋白质组学在果实成熟衰老研究中的重要性、果实样品蛋白的提取制备方法,重点介绍了蛋白质组学在果实成熟衰老机制、果实抗病性机制、冷害机制以及采后处理对果实成熟调控研究中的应用,分析了蛋白质组学在果实成熟衰老研究中存在的不足,提出了今后研究的方向。     

苹果果实HD-ZipⅠ转录因子亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子在调控苹果果实成熟衰老过程中起到至关重要的作用。利用生物信息学方法从苹果基因组数据库筛选出22个HD-ZipⅠ转录因子家族成员并进行分类。通过对不同组织基因表达特异性分析,筛选出6个在成熟果实中表达的基因,进一步分析其在果实成熟贮藏过程中的表达差异。实时荧光定量PCR分析结果表明,在‘富士’果实采后贮藏过程中,有3个家族成员的表达与乙烯存在不同程度的联系,其中 MdHZ 6在果实常温贮藏中的表达与内源乙烯含量变化有较高的相关性,且均在35 d达到峰值; MdHZ 15和 MdHZ 17在内源乙烯高峰之前有显著上调,预测三者与苹果的成熟衰老相关。     

采后黄花梨(Pyrus pyrifolia Nakai.)果实中丙二烯氧合酶的生理功能

以不同成熟时期黄花梨果实为材料 ,研究果实采后成熟衰老进程中丙二烯氧合酶 (AOS)与几个成熟衰老相关因子的关系 ,探讨AOS的生理功能。结果表明 :2 0℃下不同成熟时期果实成熟衰老进程中的AOS活性变化均为峰形曲线 ,活性峰值出现在采后 10～ 12d ,先于乙烯跃变峰 2～ 4d ;果实成熟衰老各种相关因子的变化峰值出现的先后顺序依次是 :脂氧合酶(LOX)、自由基 (O- ·2 )、AOS、ACC (1 氨基环丙烷 1 羧酸 )合成酶、ACC、ACC氧化酶 ,最后为乙烯跃变峰的出现。 1℃下贮藏果实的AOS活性、乙烯合成和其他成熟衰老相关酶活性均受到强烈抑制 ,ACC和O- ·2 含量也较低 ,果实衰老进程被显著延缓。推测AOS是乙烯合成的上游调控因子之一。     

SlCBL1基因调控番茄果实成熟发育的分子机理

以番茄(Solanum lycopersicum L.)品种‘Micro Tom’为试材,从其果实中克隆得到番茄类钙调磷酸酶B基因(Tomato Calcineurin B-Like gene,SlCBL1),构建其带有报告基因的e-GFP植物表达载体,分析番茄果实中SlCBL1基因超表达与成熟发育进程的相互关系。结果显示:(1)与对照非转基因植株以及转空载植株相比,转SlCBL1基因番茄中SlCBL1基因过量表达,而且能够使番茄果实成熟期提前3~5d,表明SlCBL1基因可促进番茄果实成熟。(2)番茄果实成熟相关基因的表达量也受到不同程度调控,其中番茄成熟过程中的色素合成基因、乙烯路径基因以及果实成熟相关转录因子都受到强烈的调控,与对照相比表达量分别上调5~10倍。研究表明,SlCBL1基因能够促进番茄果实成熟,而且通过影响色素合成基因以及果实成熟相关转录因子来调控番茄果实成熟。     

乙烯受体在果实成熟及花衰老中的研究进展

乙烯受体是乙烯信号转导网络的第一个转导元件,通过调控受体基因的表达,可以调节植物对乙烯的敏感性,以调控果实的成熟及花衰老进程的响应。随着人们对乙烯受体研究的深入,乙烯受体突变体及受体抑制剂在采后果实和切花保鲜上的应用已受到广泛关注。就近年来关于乙烯受体的相关研究进展进行综述,重点介绍了乙烯受体的分子调控机制及乙烯受体在果实成熟和花衰老中的应用,并对今后乙烯受体的研究方向作了展望,以期为进一步研究提供参考。     

果实成熟过程中组织超微结构的变化

依据电镜下观察的果实成熟期间果肉组织结构的变化状态,综合论述了果实成熟过程中,果肉细胞、细胞壁构造、亚细胞结构及细胞间隙的变化,揭示了果实构造的变化与成熟衰老的密切关系。     

FaSPS1基因对草莓果实成熟调控的分子机理

该研究以草莓品种‘红颜’(Fragaria×ananassa‘Benihoppe’)为试材,分析了草莓果实发育不同阶段蔗糖磷酸合成酶基因(FaSPS1)的表达量变化,采用PCR方法克隆FaSPS1基因,构建带有报告基因的e-GFP植物表达载体,通过瞬时转基因方法转化草莓果实,采用观察绿色荧光和检测目的基因表达量的方法鉴定转基因植物,并分析FaSPS1基因超表达和反义表达后草莓果实的成熟发育以及与成熟相关的基因表达量变化,探究FaSPS1基因在果实成熟发育中的特殊作用,为深入了解草莓果实发育和成熟调控的分子机理提供思路。结果显示:(1)成功克隆得到FaSPS1基因(GenBank登录号AB267868.1);成功构建带有报告基因e-GFP的FaSPS1基因超表达载体和反义基因表达载体,通过瞬时转基因方法转化并经荧光和目的基因表达量检测的方法鉴定获得转FaSPS1基因草莓植株。(2)与空载对照和非转基因果实相比,FaSPS1基因过表达可促进草莓果实成熟,能够使草莓果实成熟期提前,且果实中蔗糖果糖含量升高;但反义表达后会抑制草莓果实成熟,果实中苹果酸含量升高。(3)基因超表达或者反义表达后,草莓果实成熟相关基因的表达量受到不同程度调控,其中糖代谢基因FaSPS2/3、FaSUT1,果实成软化基因FaEXP1、FaEXP3、FaXYL1以及激素代谢基因FaJAZ1、FaJAZ2、FaJAZ8、FaOPR3、FaPYL1、FaPYL8、FaPYL9、FaNCED1表达量变化最明显。研究推测,FaSPS1基因可能通过影响草莓果实中和成熟相关的糖代谢基因、果实软化基因以及激素代谢基因来调控草莓果实成熟。     

FaMADS1和FaMADS2参与ABA调控的草莓果实成熟

本试验以‘红颜’草莓为材料,通过RT-PCR技术克隆得到FaMADS1和FaMADS2基因,并且用不同浓度脱落酸(abscisic acid, ABA)和其抑制剂去甲二氢愈创木酸(nordihydroguaiaretic acid, NDGA)处理脱绿期草莓果实,以探究FaMADS1和FaMADS2基因是否参与脱落酸调控的草莓果实成熟。结果表明,FaMADS1和FaMADS2基因序列在草莓不同栽培品种间高度保守,FaMADS1基因的表达变化随果实成熟呈现先增后降再增加的变化趋势,FaMADS2基因则呈现一个逐渐下降的趋势。虽FaMADS1和FaMADS2基因在草莓果实成熟中表达趋势并不一致,但外源ABA处理均会上调其表达,NDGA会下调其表达。草莓果实发育过程中内源ABA含量变化与FaMADS1和FaMADS2基因表达的相关性分析显示两者呈显著相关。由此说明,FaMADS1和FaMADS2参与了ABA调控的草莓果实成熟。     

活性氧和能量调控下草莓果实衰老与超微弱发光的关系

该试验以‘红颜’草莓果实为试材,用过氧化氢(H_2O_2)和茶多酚(TP)、呼吸链解偶联剂——2,4-二硝基苯酚(DNP)和三磷酸腺苷(ATP)处理草莓果实,研究促进和清除活性氧以及抑制能量生成和促进能量条件下,草莓果实衰老进程和超微弱发光(UPE)的变化,探讨UPE与草莓果实衰老的关系,为了解UPE与植物成熟衰老的关系提供理论依据。结果表明:(1)在草莓果实采后衰老过程中,果实硬度持续下降,失重率和腐烂率持续上升,同时其UPE强度下降。(2)H_2O_2处理和DNP处理的果实硬度均低于对照,而其失重率和腐烂率均高于对照,同时两种处理果实的UPE强度均低于对照。(3)茶多酚处理和ATP处理的果实硬度均高于对照,而其失重率和腐烂率均低于对照,同时两种处理的UPE强度均高于对照。研究发现,活性氧调控和能量调控均能影响草莓果实的UPE强度和衰老程度,活性氧的增加加剧了果实衰老和UPE强度下降,而清除活性氧则延缓了果实衰老和UPE强度下降;抑制ATP生成加剧了果实衰老进程和UPE强度下降,增加ATP则延缓了果实衰老和UPE强度下降;UPE强度随着草莓果实逐渐衰老而下降,UPE强度与草莓果实衰老有关,反映了草莓果实的衰老进程。     

β-半乳糖苷酶基因在猕猴桃果实成熟过程的表达

从成熟中华猕猴桃果实中克隆到了一个 β 半乳糖苷酶基因cDNA片段 ,其长度为 747bp ,有一由 2 49个氨基酸组成的开放阅读框架 ,它与苹果、芦笋、绿花椰菜、番茄中 β 半乳糖苷酶基因cDNA相应区段的核苷酸同源性为 6 7.3 %～ 70 .3 %,氨基酸同源性为6 9.1%～ 72 .7%。用该片段为探针进行Northern分析表明 ,果实采收时 ,β 半乳糖苷酶mRNA水平最高 ,随后呈下降变化 ,同时 β 半乳糖苷酶基因的表达可为外源乙烯所诱导 ,但在果实乙烯跃变期间 β 半乳糖苷酶基因的表达信号无显著变化。文中对 β 半乳糖苷酶在猕猴桃果实成熟衰老过程的作用进行了讨论     

果实的成熟及调控

果实的成熟及调控朱广廉（北京大学生物学系１００８７１）果实（特别是肉质果实）的成熟通常是指其可食部分达到良好的食用品质,可以认为果实的成熟是果实发育的终点和走向衰老的前奏。成熟后的肉质果实易变软、腐烂、难于贮藏。全世界每年因保存不当而变质、腐烂所造成...     

延长果实保鲜期的基因工程研究进展

乙烯对果实成熟和衰老具有强烈的促进作用,是造成水果采后腐烂的根本原因。本主要综述了近几年来采用转基因或反义RNA技术,将乙烯生物合成与分解过程中所需酶的基因和细胞壁水解酶基因转化到植物体内,从而延长果实保鲜期的相关研究进展。     

冬枣过氧化氢酶基因的克隆及表达分析

从冬枣半红期和全红期果实的SSH文库中筛选得到与桃树CAT1基因相似性高达88%的基因片段。根据该基因片段设计特异性引物,通过5′和3′-RACE扩增,拼接得到1 586bp序列,该序列包含了1 479bp的完整开放阅读框,编码492个氨基酸,具有CAT基因家族的保守功能域,命名为ZjCAT,GenBank登录号为JN831452。氨基酸序列分析表明,ZjCAT与桃树、陆地棉等多种植物的过氧化氢酶有很高的相似性,并属于类型Ⅲ过氧化氢酶。实时PCR分析结果显示,ZjCAT基因在冬枣不同组织和果实成熟期差异性表达,其中在冬枣半红期果实中表达量最高。表明ZjCAT基因在冬枣果实成熟衰老过程中可能具有重要的调控作用。     

乙烯对番茄成熟过程中果皮细胞核超微结构的影响

应用冰冻蚀刻和透射电镜观察了番茄成熟过程中果皮细胞核染色质的变化。成熟过程开始启动时(发白期),异染色质不断减少、分散,直至转色成熟。果实成熟衰老时细胞核形态畸变,染色质结构瓦解。经外源乙烯处理后果实成熟加速,异染色质减少,核孔数量增加,NBD可消除乙烯的作用。     

肿瘤抑制基因与衰老的研究进展

衰老是生物界普遍存在的一种自然现象,是多因素错综复杂的过程。衰老相关基因研究成为近年来的热点,目前已发现与细胞衰老过程密切相关的基因包括细胞周期调控基因、端粒酶调控基因、生长抑制基因以及核酸、蛋白质合成与修复基因等。此外,部分反式作用转录因子包括肿瘤抑制基因(P16,P53,P21)、沉默信息调节因子家族、增殖细胞核抗原等的活性变化与衰老也高度有关。P16、P53和P21基因参与肿瘤发生、发展的周期调控,其表达使肿瘤细胞发生不可逆的凋亡,若缺失或突变与肿瘤的发生高相关。同时,作为细胞增生过程中的负调控因子,P16、P53和P21基因表达调控细胞周期进程和细胞凋亡过程,若缺失或突变会使细胞分裂复制、细胞内和细胞间的运输及通讯功能丧失,最后将导致细胞衰老、死亡或被其它细胞清除。本文就P16、P53、P21基因与衰老的相关研究进展作一综述。     

果实成熟的生理生化研究进展

果实在长成以后,通常可在一个较短的时间内完成颜色、质地和风味的转变,达到可食用的良好品质。这个变化过程即称果实的成熟。一个曾在很长时间内占统治地位的观点认为:果实成熟是由于细胞区域化受到破坏,使水解酶类活化或释放出来而产生的分解代谢的结果。近期的研究表明,一些果实成熟时,水解酶活性增加是体内转录和翻译的结果而不是由于区域化的破坏。由于产生的新的观点认为:果实成熟是由遗传决定的,通过基因的表达来精密调控的过程。成熟后的果实较易受到机械的和病原菌的伤害。在实践中,要想延长果实的寿命,多从控制果实成熟入手。因此,研究果实成熟不仅具有理论意义,而且也具有实践运用的价值。     

枣果实β-半乳糖苷酶基因的克隆及表达分析

采用3-′RACE技术获得了梨枣果实β-半乳糖苷酶(-βGal)基因的部分cDNA片段,并运用实时荧光定量PCR技术和PNPG反应比色法,研究了梨枣不同生长期及采后常温贮藏过程中ZJGAL基因的相对表达量和β-Gal活性的变化,以探索β-半乳糖苷酶在枣(Ziziphus jujubaMill.)果实生长及采后软化中的分子调控机制.结果表明,克隆的-βGal基因序列长2 584 bp(GenBank登录号HQ827769),其中包含2 193 bp的最大阅读框,编码730个氨基酸,将该基因命名为ZJGAL.Blastn和Blastp序列比对分析发现,该ZJGAL基因与已登录的其他物种的β-Gal基因相似性达到60%～80%.随着果实的生长、成熟及采后衰老,ZJGAL基因的表达量和-βGal活性在果实采收前后均呈先上升后下降的趋势,两者的采前高峰均在幼果膨大期,但是采后贮藏过程中虽然基因的表达量较高,但是-βGal活性一直较低.     

番茄rin位点上的一个MADS盒基因调控果实成熟

ｒｉｎ番茄突变体的乙烯生成和果实成熟均受到抑制 ,除此之外还表现萼片增大和花序决定性丧失。尽管该突变体维持良好的乙烯敏感性 ,但果实成熟却不能被外源乙烯诱导 ,这暗示ＲＩＮ基因编码的产物同时调控依赖于和不依赖于乙烯的成熟过程。作者先前的研究已表明ｒｉｎ位点定位于番茄第 5染色体。本文报道通过定位克隆发现ｒｉｎ位点上存在两个串联的ＭＡＤＳ盒基因 ,分别定名为ＬｅＭＡＤＳ＿ＲＩＮ和ＬｅＭＡＤＳ＿ＭＣ ,前者调控果实成熟过程而后者则影响萼片先育和花序决定性。这两个基因的功能通过正义转化ｒｉｎ番茄和反义转化野生型番…